La sustancia más importante en las células de los organismos vivos es el trifosfato de adenosina o trifosfato de adenosina. Si ingresamos la abreviatura de este nombre, obtenemos ATP. Esta sustancia pertenece al grupo de los nucleósidos trifosfatos y juega un papel protagonista en los procesos metabólicos de las células vivas, siendo para ellas una fuente de energía insustituible.
Los descubridores del ATP fueron los bioquímicos de la Escuela de Medicina Tropical de Harvard: Yellapragada Subbarao, Karl Lohman y Cyrus Fiske. El descubrimiento se produjo en 1929 y se convirtió en un hito importante en la biología de los sistemas vivos. Posteriormente, en 1941, el bioquímico alemán Fritz Lipmann descubrió que el ATP en las células es el principal portador de energía.
estructura del atp
Esta molécula tiene un nombre sistemático, que se escribe de la siguiente manera: 9-β-D-ribofuranosiladenina-5′-trifosfato o 9-β-D-ribofuranosil-6-amino-purina-5′-trifosfato. ¿Qué compuestos forman el ATP? Químicamente, es éster de trifosfato de adenosina. derivado de adenina y ribosa. Esta sustancia se forma combinando adenina, que es una base nitrogenada purínica, con el carbono 1' de la ribosa mediante un enlace β-N-glucosídico. Luego se añaden secuencialmente moléculas de ácido α, β y γ-fosfórico al carbono 5′ de la ribosa.
Así, la molécula de ATP contiene compuestos como adenina, ribosa y tres residuos de ácido fosfórico. El ATP es un compuesto especial que contiene enlaces que liberan grandes cantidades de energía. Estos enlaces y sustancias se denominan de alta energía. Durante la hidrólisis de estos enlaces de la molécula de ATP se libera una cantidad de energía de 40 a 60 kJ/mol, y este proceso va acompañado de la eliminación de uno o dos residuos de ácido fosfórico.
Así se escriben estas reacciones químicas.:
- 1). ATP + agua → ADP + ácido fosfórico + energía;
- 2). ADP + agua →AMP + ácido fosfórico + energía.
La energía liberada durante estas reacciones se utiliza en procesos bioquímicos posteriores que requieren ciertos aportes de energía.
El papel del ATP en un organismo vivo. Sus funciones
¿Qué función realiza el ATP? En primer lugar, la energía. Como se mencionó anteriormente, la función principal del trifosfato de adenosina es proporcionar energía para los procesos bioquímicos en un organismo vivo. Este papel se debe a que, debido a la presencia de dos enlaces de alta energía, el ATP actúa como fuente de energía para muchos procesos fisiológicos y bioquímicos que requieren grandes aportes de energía. Estos procesos son todas reacciones de la síntesis de sustancias complejas en el cuerpo. Esta es, en primer lugar, la transferencia activa de moléculas a través de membranas celulares, incluida la participación en la creación de intermembranas. potencial eléctrico y la implementación de la contracción muscular.
Además de los anteriores, enumeramos algunos más: funciones no menos importantes del ATP, como:
¿Cómo se forma el ATP en el cuerpo?
La síntesis de ácido adenosín trifosfórico está en curso., porque el cuerpo siempre necesita energía para su funcionamiento normal. En un momento dado, hay muy poca cantidad de esta sustancia: aproximadamente 250 gramos, lo que constituye una “reserva de emergencia” para un “día lluvioso”. Durante la enfermedad se produce una intensa síntesis de este ácido, porque se necesita mucha energía para el funcionamiento del sistema inmunológico y sistemas excretores, así como el sistema de termorregulación del cuerpo, que es necesario para lucha efectiva con el inicio de la enfermedad.
¿Qué células tienen más ATP? Se trata de células de tejido muscular y nervioso, ya que en ellas se producen los procesos de intercambio de energía de forma más intensa. Y esto es obvio, porque los músculos participan en el movimiento que requiere la contracción de las fibras musculares, y las neuronas transmiten impulsos eléctricos, sin los cuales el funcionamiento de todos los sistemas del cuerpo es imposible. Por lo tanto, es muy importante que la célula se mantenga inalterada y nivel alto trifosfato de adenosina.
¿Cómo se pueden formar las moléculas de trifosfato de adenosina en el cuerpo? Están formados por los llamados fosforilación de ADP (difosfato de adenosina). Esta reacción química se ve así:
ADP + ácido fosfórico + energía → ATP + agua.
La fosforilación del ADP se produce con la participación de catalizadores como enzimas y luz, y se lleva a cabo mediante uno de tres maneras:
Tanto la fosforilación oxidativa como la de sustrato utilizan la energía de sustancias que se oxidan durante dicha síntesis.
Conclusión
Ácido adenosín trifosfórico- Esta es la sustancia que se renueva con más frecuencia en el cuerpo. ¿Cuánto tiempo vive en promedio una molécula de trifosfato de adenosina? En el cuerpo humano, por ejemplo, su vida útil es de menos de un minuto, por lo que una molécula de dicha sustancia nace y se desintegra hasta 3.000 veces al día. Sorprendentemente, durante el día cuerpo humano¡sintetiza unos 40 kg de esta sustancia! ¡La necesidad de esta “energía interna” es tan grande para nosotros!
Todo el ciclo de síntesis y posterior uso del ATP como combustible energético para los procesos metabólicos en el cuerpo de un ser vivo representa la esencia misma del metabolismo energético en este organismo. Así, el trifosfato de adenosina es una especie de "batería" que asegura el funcionamiento normal de todas las células de un organismo vivo.
La principal fuente de energía de la célula son los nutrientes: carbohidratos, grasas y proteínas, que se oxidan con la ayuda del oxígeno. Casi todos los carbohidratos, antes de llegar a las células del cuerpo, debido al trabajo tracto gastrointestinal y el hígado se convierten en glucosa. Además de los carbohidratos, las proteínas también se descomponen en aminoácidos y los lípidos en ácidos grasos. En la célula, los nutrientes se oxidan bajo la influencia del oxígeno y con la participación de enzimas que controlan las reacciones de liberación de energía y su utilización. Casi todas las reacciones oxidativas ocurren en las mitocondrias y la energía liberada se almacena en forma de un compuesto de alta energía: el ATP. Posteriormente, es el ATP, y no los nutrientes, el que se utiliza para proporcionar energía a los procesos metabólicos intracelulares.
La molécula de ATP contiene: (1) la base nitrogenada adenina; (2) pentosa carbohidrato ribosa, (3) tres residuos de ácido fosfórico. Los dos últimos fosfatos están conectados entre sí y con el resto de la molécula mediante enlaces fosfato de alta energía, indicados en la fórmula del ATP con el símbolo ~. Sujeto a las condiciones físicas y químicas características del cuerpo, la energía de cada uno de estos enlaces es de 12.000 calorías por 1 mol de ATP, que es muchas veces mayor que la energía de un enlace químico ordinario, razón por la cual los enlaces de fosfato se denominan de alta energía. Además, estas conexiones se destruyen fácilmente, proporcionando energía a los procesos intracelulares tan pronto como surge la necesidad.
Cuando se libera energía, el ATP dona un grupo fosfato y se convierte en difosfato de adenosina. La energía liberada se utiliza para casi todos los procesos celulares, por ejemplo en reacciones de biosíntesis y contracción muscular.
La reposición de las reservas de ATP se produce mediante la recombinación de ADP con un residuo de ácido fosfórico a expensas de energía. nutrientes. Este proceso se repite una y otra vez. El ATP se consume y almacena constantemente, por eso se le llama la moneda energética de la célula. El tiempo de rotación de la ATP es de sólo unos minutos.
El papel de las mitocondrias en reacciones químicas Formación de ATP. Cuando la glucosa ingresa a la célula, se convierte en ácido pirúvico bajo la acción de enzimas citoplasmáticas (este proceso se llama glucólisis). La energía liberada en este proceso se gasta en convertir una pequeña cantidad de ADP en ATP, lo que representa menos del 5% de las reservas energéticas totales.
La síntesis de ATP se realiza en un 95% en las mitocondrias. Ácido pirúvico, ácido graso y los aminoácidos, formados respectivamente a partir de carbohidratos, grasas y proteínas, finalmente se convierten en un compuesto llamado "acetil-CoA" en la matriz mitocondrial. Este compuesto, a su vez, sufre una serie de reacciones enzimáticas bajo nombre común"ciclo del ácido tricarboxílico" o "ciclo de Krebs" para ceder su energía. En el ciclo del ácido tricarboxílico, el acetil-CoA se descompone en átomos de hidrógeno y moléculas de dióxido de carbono. El dióxido de carbono se elimina de las mitocondrias, luego sale de la célula por difusión y se elimina del cuerpo a través de los pulmones.
Los átomos de hidrógeno son químicamente muy activos y, por lo tanto, reaccionan inmediatamente con el oxígeno que se difunde en las mitocondrias. La gran cantidad de energía liberada en esta reacción se utiliza para convertir muchas moléculas de ADP en ATP. Estas reacciones son bastante complejas y requieren la participación de una gran cantidad de enzimas que forman parte de las crestas mitocondriales. En la etapa inicial, un electrón se separa del átomo de hidrógeno y el átomo se convierte en un ion de hidrógeno. El proceso finaliza con la adición de iones de hidrógeno al oxígeno. Como resultado de esta reacción se forma agua y una gran cantidad de energía, necesaria para el funcionamiento de la ATP sintetasa, una proteína globular de gran tamaño que sobresale en forma de tubérculos en la superficie de las crestas mitocondriales. Bajo la acción de esta enzima, que utiliza la energía de los iones de hidrógeno, el ADP se convierte en ATP. Se envían nuevas moléculas de ATP desde las mitocondrias a todas las partes de la célula, incluido el núcleo, donde se utiliza la energía de este compuesto para realizar una variedad de funciones. Este proceso de síntesis de ATP generalmente se denomina mecanismo quimiosmótico de formación de ATP.
Cualquier organismo puede existir siempre que los nutrientes provengan de ambiente externo y mientras los productos de su actividad vital se liberan a este ambiente. En el interior de la célula se produce un conjunto continuo y muy complejo de transformaciones químicas, gracias a las cuales los componentes del cuerpo celular se forman a partir de nutrientes. El conjunto de procesos de transformación de la materia en un organismo vivo, acompañados de su constante renovación, se denomina metabolismo.
Parte del metabolismo general, que consiste en la absorción, asimilación de nutrientes y la creación de componentes estructurales células se llama asimilación; este es un intercambio constructivo. La segunda parte del intercambio general consiste en procesos de disimilación, es decir. procesos de descomposición y oxidación materia orgánica, como resultado de lo cual la célula recibe energía, es el metabolismo energético. El intercambio constructivo y energético forman un todo único.
En el proceso de metabolismo constructivo, la célula sintetiza biopolímeros de su cuerpo a partir de un número bastante limitado de compuestos de bajo peso molecular. Las reacciones biosintéticas ocurren con la participación de varias enzimas y requieren energía.
Los organismos vivos sólo pueden utilizar energía ligada químicamente. Cada sustancia tiene una cierta cantidad de energía potencial. Sus principales portadores materiales son los enlaces químicos, cuya ruptura o transformación conduce a la liberación de energía. Nivel de energía algunos enlaces tienen un valor de 8 a 10 kJ; estos enlaces se denominan normales. Otros enlaces contienen mucha más energía (25-40 kJ); son los llamados enlaces de alta energía. Casi todos los compuestos conocidos que tienen tales enlaces contienen átomos de fósforo o azufre, en cuya ubicación en la molécula se localizan estos enlaces. Uno de los compuestos que desempeña un papel fundamental en la vida celular es el ácido adenosín trifosfórico (ATP).
El ácido adenosín trifosfórico (ATP) está formado por la base orgánica adenina (I), el carbohidrato ribosa (II) y tres residuos de ácido fosfórico (III). La combinación de adenina y ribosa se llama adenosina. Los grupos pirofosfato tienen enlaces de alta energía, indicados por ~. La descomposición de una molécula de ATP con la participación de agua va acompañada de la eliminación de una molécula de ácido fosfórico y la liberación de energía libre, que es igual a 33-42 kJ/mol. Todas las reacciones que involucran ATP están reguladas por sistemas enzimáticos.
Figura 1. Ácido adenosín trifosfórico (ATP)
Metabolismo energético en la célula. síntesis de ATP
La síntesis de ATP ocurre en las membranas mitocondriales durante la respiración, por lo que todas las enzimas y cofactores de la cadena respiratoria, todas las enzimas de fosforilación oxidativa se localizan en estos orgánulos.
La síntesis de ATP se produce de tal manera que dos iones H + se separan del ADP y el fosfato (P) con lado derecho membrana, compensando la pérdida de dos H + durante la reducción de la sustancia B. Uno de los átomos de oxígeno del fosfato se transfiere al otro lado de la membrana y, uniendo dos iones H + del compartimento izquierdo, forma H 2 O El residuo fosforilo se une al ADP formando ATP.
Figura 2. Esquema de oxidación y síntesis de ATP en membranas mitocondriales.
En las células de los organismos se han estudiado muchas reacciones biosintéticas que utilizan la energía contenida en el ATP, durante las cuales se llevan a cabo los procesos de carboxilación y descarboxilación, la síntesis de enlaces amida y la formación de compuestos de alta energía capaces de transferir energía del ATP a Se producen reacciones anabólicas de síntesis de sustancias. Estas reacciones juegan papel importante en los procesos metabólicos de los organismos vegetales.
Con la participación de ATP y otros nucleósidos polifosfatos de alta energía (GTP, CTP, UGP), se pueden activar moléculas de monosacáridos, aminoácidos, bases nitrogenadas y acilgliceroles mediante la síntesis de compuestos intermedios activos que son derivados de nucleótidos. Por ejemplo, en el proceso de síntesis de almidón con la participación de la enzima ADP-glucosa pirofosforilasa, se forma una forma activada de glucosa: la glucosa difosfato de adenosina, que fácilmente se convierte en donante de residuos de glucosa durante la formación de la estructura de las moléculas de este polisacárido.
La síntesis de ATP ocurre en las células de todos los organismos durante el proceso de fosforilación, es decir. Adición de fosfato inorgánico al ADP. La energía para la fosforilación del ADP se genera durante el metabolismo energético. El metabolismo energético, o disimilación, es un conjunto de reacciones de descomposición de sustancias orgánicas, acompañadas de liberación de energía. Dependiendo del hábitat, la disimilación puede ocurrir en dos o tres etapas.
En la mayoría de los organismos vivos, aerobios que viven en un ambiente de oxígeno, se llevan a cabo tres etapas durante la disimilación: preparatoria, libre de oxígeno y oxígeno, durante las cuales las sustancias orgánicas se descomponen en compuestos inorgánicos. En anaerobios que viven en un ambiente privado de oxígeno, o en aerobios con falta de oxígeno, la disimilación ocurre solo en las dos primeras etapas con la formación de intermedios. compuestos orgánicos, todavía rico en energía.
La primera etapa, la preparatoria, consiste en la descomposición enzimática de compuestos orgánicos complejos en otros más simples (proteínas en aminoácidos, grasas en glicerol y ácidos grasos, polisacáridos en monosacáridos, ácidos nucleicos en nucleótidos). La descomposición de los sustratos de los alimentos orgánicos se lleva a cabo mediante niveles diferentes tracto gastrointestinal de organismos multicelulares. La descomposición intracelular de sustancias orgánicas se produce bajo la acción de enzimas hidrolíticas de los lisosomas. La energía liberada en este caso se disipa en forma de calor y las pequeñas moléculas orgánicas resultantes pueden sufrir una mayor degradación o ser utilizadas por la célula como "material de construcción" para la síntesis de sus propios compuestos orgánicos.
La segunda etapa, la oxidación incompleta (sin oxígeno), ocurre directamente en el citoplasma de la célula, no requiere la presencia de oxígeno y consiste en una mayor degradación de los sustratos orgánicos. La principal fuente de energía de la célula es la glucosa. La descomposición incompleta y sin oxígeno de la glucosa se llama glucólisis.
La glucólisis es un proceso enzimático de varias etapas que convierte la glucosa de seis carbonos en dos moléculas de ácido pirúvico (piruvato, PVK) C3H4O3 de tres carbonos. Durante las reacciones de glucólisis se libera una gran cantidad de energía: 200 kJ/mol. Parte de esta energía (60%) se disipa en forma de calor, el resto (40%) se utiliza para la síntesis de ATP.
Como resultado de la glucólisis de una molécula de glucosa, se forman dos moléculas de PVK, ATP y agua, así como átomos de hidrógeno, que son almacenados por la célula en forma de NAD H, es decir. como parte de un portador específico: nicotinamida adenina dinucleótido. El destino posterior de los productos de la glucólisis (piruvato e hidrógeno en forma de NADH) puede desarrollarse de manera diferente. En la levadura o en las células vegetales, cuando hay falta de oxígeno, se produce la fermentación alcohólica: el PVA se reduce a alcohol etílico:
En células animales que experimentan una falta temporal de oxígeno, por ejemplo en células musculares humanas con exceso actividad física, y también en algunas bacterias se produce la fermentación del ácido láctico, en la que el piruvato se reduce a ácido láctico. En presencia de oxígeno en el medio ambiente, los productos de la glucólisis se descomponen aún más hasta convertirse en productos finales.
La tercera etapa, la oxidación completa (respiración), ocurre con la participación obligatoria de oxígeno. La respiración aeróbica es una cadena de reacciones controladas por enzimas en la membrana interna y la matriz de las mitocondrias. Una vez en la mitocondria, la PVK interactúa con las enzimas de la matriz y forma: dióxido de carbono, que se elimina de la célula; átomos de hidrógeno, que, como parte de los portadores, se dirigen a la membrana interna; acetil coenzima A (acetil-CoA), que participa en el ciclo del ácido tricarboxílico (ciclo de Krebs). El ciclo de Krebs es una cadena de reacciones secuenciales durante las cuales una molécula de acetil-CoA produce dos moléculas de CO2, una molécula de ATP y cuatro pares de átomos de hidrógeno, que se transfieren a moléculas portadoras: NAD y FAD (dinucleótido de flavina adenina). La reacción total de la glucólisis y el ciclo de Krebs se puede representar de la siguiente manera:
Entonces, como resultado de la etapa de disimilación sin oxígeno y el ciclo de Krebs, la molécula de glucosa se descompone en dióxido de carbono (CO2) inorgánico y la energía liberada en este caso se gasta parcialmente en la síntesis de ATP, pero se almacenado principalmente en los portadores cargados de electrones NAD H2 y FAD H2. Las proteínas portadoras transportan átomos de hidrógeno a la membrana mitocondrial interna, donde los pasan a lo largo de una cadena de proteínas integradas en la membrana. El transporte de partículas a lo largo de la cadena de transporte se realiza de tal forma que los protones permanecen en el lado exterior de la membrana y se acumulan en el espacio intermembrana, convirtiéndolo en un reservorio de H+, y los electrones se transfieren a la superficie interna del interior. membrana mitocondrial, donde finalmente se combinan con el oxígeno.
Como resultado de la actividad de las enzimas en la cadena de transporte de electrones, la membrana mitocondrial interna se carga negativamente desde el interior y positivamente (debido al H) desde el exterior, de modo que se crea una diferencia de potencial entre sus superficies. Se sabe que las moléculas de la enzima ATP sintetasa, que tienen un canal iónico, están integradas en la membrana interna de las mitocondrias. Cuando la diferencia de potencial a través de la membrana alcanza nivel crítico(200 mV), las partículas de H+ cargadas positivamente comienzan a ser empujadas a través del canal de ATPasa por la fuerza del campo eléctrico y, una vez en la superficie interna de la membrana, interactúan con el oxígeno, formando agua.
El curso normal de las reacciones metabólicas a nivel molecular se debe a la combinación armoniosa de los procesos de catabolismo y anabolismo. Cuando se interrumpen los procesos catabólicos, en primer lugar, surgen dificultades energéticas, se altera la regeneración de ATP, así como el suministro de sustratos anabólicos iniciales necesarios para los procesos biosintéticos. A su vez, el daño a los procesos anabólicos que es primario o asociado con cambios en los procesos catabólicos conduce a una interrupción de la reproducción de compuestos funcionalmente importantes: enzimas, hormonas, etc.
La alteración de varios eslabones de las cadenas metabólicas tiene consecuencias desiguales. Lo más significativo, profundo. cambios patologicos El catabolismo ocurre cuando el sistema de oxidación biológica se daña debido al bloqueo de las enzimas de la respiración tisular, hipoxia, etc. o daño a los mecanismos de acoplamiento de la respiración tisular y la fosforilación oxidativa (por ejemplo, separación de la respiración tisular y la fosforilación oxidativa en la tirotoxicosis). En estos casos, las células se ven privadas de su principal fuente de energía; casi todas las reacciones oxidativas del catabolismo se bloquean o pierden la capacidad de acumular la energía liberada en las moléculas de ATP. Cuando se inhiben las reacciones en el ciclo de los ácidos tricarboxílicos, la producción de energía a través del catabolismo se reduce en aproximadamente dos tercios.
La función principal del ATP en el organismo está asociada a proporcionar energía para numerosas reacciones bioquímicas. Como portador de dos enlaces de alta energía, el ATP sirve como fuente directa de energía para muchos procesos bioquímicos y fisiológicos que consumen energía. Todas estas son reacciones de la síntesis de sustancias complejas en el cuerpo: la implementación de la transferencia activa de moléculas a través de membranas biológicas, incluida la creación de un potencial eléctrico transmembrana; Implementación de la contracción muscular.
Como es sabido en la bioenergía de los organismos vivos, dos puntos principales son importantes:
- a) la energía química se almacena mediante la formación de ATP junto con reacciones catabólicas exergónicas de oxidación de sustratos orgánicos;
- b) la energía química se utiliza mediante la descomposición del ATP, junto con reacciones endergónicas de anabolismo y otros procesos que requieren energía.
Surge la pregunta de por qué la molécula de ATP corresponde a su papel central en bioenergía. Para resolverlo, considere la estructura del ATP. Estructura del ATP - (a pH 7,0 tetracarga del anión).
El ATP es un compuesto termodinámicamente inestable. La inestabilidad del ATP está determinada, en primer lugar, por la repulsión electrostática en la región del grupo de cargas negativas del mismo nombre, lo que provoca tensión en toda la molécula, pero el enlace más fuerte es P-O-P, y en segundo lugar, por una resonancia específica. De acuerdo con el último factor, existe competencia entre los átomos de fósforo por los electrones móviles no compartidos del átomo de oxígeno ubicado entre ellos, ya que cada átomo de fósforo tiene una carga positiva parcial debido a la importante influencia aceptora de electrones de P=O y P. - O-grupos. Así, la posibilidad de existencia de ATP está determinada por la presencia de una cantidad suficiente de energía química en la molécula para compensar estas tensiones fisicoquímicas. La molécula de ATP contiene dos enlaces fosfoanhídrido (pirofosfato), cuya hidrólisis va acompañada de una disminución significativa de la energía libre (a pH 7,0 y 37 o C).
ATP + H 2 O = ADP + H 3 PO 4 G0I = - 31,0 KJ/mol.
ADP + H 2 O = AMP + H 3 PO 4 G0I = - 31,9 KJ/mol.
Uno de los problemas centrales de la bioenergía es la biosíntesis de ATP, que en la naturaleza viva se produce mediante la fosforilación de ADP.
La fosforilación de ADP es un proceso endergónico y requiere una fuente de energía. Como se señaló anteriormente, en la naturaleza predominan dos de estas fuentes de energía: la energía solar y la energía química de los compuestos orgánicos reducidos. Las plantas verdes y algunos microorganismos son capaces de transformar la energía de los cuantos de luz absorbidos en energía química, que se gasta en la fosforilación del ADP en la etapa luminosa de la fotosíntesis. Este proceso de regeneración de ATP se llama fosforilación fotosintética. La transformación de la energía de oxidación de compuestos orgánicos en enlaces macroenergéticos de ATP en condiciones aeróbicas se produce principalmente mediante fosforilación oxidativa. La energía libre necesaria para la formación de ATP se genera en la cadena oxidativa respiratoria de las mitocondrias.
Se conoce otro tipo de síntesis de ATP, llamado fosforilación de sustrato. A diferencia de la fosforilación oxidativa, asociada con la transferencia de electrones, los donantes del grupo fosforilo activado (- PO3 H2), necesario para la regeneración del ATP, son intermediarios de los procesos de glucólisis y del ciclo de los ácidos tricarboxílicos. En todos estos casos, los procesos oxidativos conducen a la formación de compuestos de alta energía: 1,3-difosfoglicerato (glucólisis), succinil-CoA (ciclo del ácido tricarboxílico), que, con la participación de las enzimas apropiadas, son capaces de foliar el ADP y formar ATP. La transformación de energía a nivel de sustrato es la única forma de síntesis de ATP en organismos anaeróbicos. Este proceso de síntesis de ATP ayuda a mantener trabajo intenso músculos esqueléticos durante los periodos falta de oxígeno. Cabe recordar que es la única vía de síntesis de ATP en los glóbulos rojos maduros que no tienen mitocondrias.
Un papel particularmente importante en la bioenergética de la célula lo desempeña el nucleótido adenilo, al que están unidos dos residuos de ácido fosfórico. Esta sustancia se llama ácido adenosín trifosfórico (ATP). EN enlaces químicos La energía se almacena entre los residuos de ácido fosfórico de la molécula de ATP, que se libera cuando se separa el fosforito orgánico:
ATP= ADP+P+E,
donde F es una enzima, E es energía liberadora. En esta reacción se forma ácido adenosina fosfórico (ADP), el resto de la molécula de ATP y fosfato orgánico. Todas las células utilizan la energía ATP para procesos de biosíntesis, movimiento, producción de calor, impulsos nerviosos, luminiscencia (por ejemplo, bacterias luminiscentes), es decir, para todos los procesos vitales.
El ATP es un acumulador de energía biológica universal. La energía luminosa contenida en los alimentos consumidos se almacena en moléculas de ATP.
El suministro de ATP en la célula es pequeño. Entonces, la reserva de ATP en el músculo es suficiente para 20 a 30 contracciones. Con un trabajo intenso, pero de corta duración, los músculos trabajan exclusivamente debido a la descomposición del ATP que contienen. Después de terminar el trabajo, una persona respira con dificultad; durante este período, los carbohidratos y otras sustancias se descomponen (se acumula energía) y se restablece el suministro de ATP en las células.
Además de la energía ATP, realiza otras funciones en el cuerpo nada menos que funciones importantes:
- · Junto con otros nucleósidos trifosfato, el ATP es el producto de partida en la síntesis de ácidos nucleicos.
- · Además, el ATP juega un papel importante en la regulación de muchos procesos bioquímicos. Al ser un efector alostérico de varias enzimas, el ATP, al unirse a sus centros reguladores, mejora o suprime su actividad.
- · El ATP es también el precursor inmediato de la síntesis de monofosfato de adenosina cíclico, un mensajero secundario de la transmisión de señales hormonales al interior de la célula.
También se conoce el papel del ATP como transmisor en las sinapsis.
La figura muestra dos métodos. Imágenes de la estructura del ATP. El monofosfato de adenosina (AMP), el difosfato de adenosina (ADP) y el trifosfato de adenosina (ATP) pertenecen a una clase de compuestos llamados nucleótidos. La molécula de nucleótido está formada por un azúcar de cinco carbonos, una base nitrogenada y ácido fosfórico. En la molécula de AMP, el azúcar está representado por ribosa y la base es adenina. Hay dos grupos fosfato en la molécula de ADP y tres en la molécula de ATP.
valor de ATP
Cuando el ATP se descompone en ADP y se libera energía de fosfato inorgánico (Pn):
La reacción se produce con la absorción de agua., es decir, representa hidrólisis (en nuestro artículo nos hemos encontrado muchas veces con este tipo tan común de reacciones bioquímicas). El tercer grupo fosfato separado del ATP permanece en la célula en forma de fosfato inorgánico (Pn). El rendimiento de energía libre de esta reacción es de 30,6 kJ por 1 mol de ATP.
Desde el ADF y fosfato, el ATP se puede sintetizar nuevamente, pero para esto es necesario gastar 30,6 kJ de energía por 1 mol de ATP recién formado.
En esta reacción En una reacción llamada condensación, se libera agua. La adición de fosfato al ADP se llama reacción de fosforilación. Ambas ecuaciones anteriores se pueden combinar:
Esta reacción reversible es catalizada por una enzima llamada ATPasa.
Todas las células, como ya se mencionó, necesitan energía para realizar su trabajo, y para todas las células de cualquier organismo la fuente de esta energía es sirve como ATP. Por lo tanto, al ATP se le llama "portador de energía universal" o "moneda de energía" de las células. Una analogía adecuada es baterias electricas. Recuerde por qué no los usamos. Con su ayuda podemos recibir luz en un caso, sonido en otro, a veces movimiento mecánico y, a veces, realmente necesitamos de ellos. Energía eléctrica. La conveniencia de las baterías es que podemos usar la misma fuente de energía (una batería) para una variedad de propósitos, dependiendo de dónde la coloquemos. El ATP desempeña el mismo papel en las células. Proporciona energía para procesos tan diversos como la contracción muscular, la transmisión de impulsos nerviosos, el transporte activo de sustancias o la síntesis de proteínas y todos los demás tipos de actividad celular. Para ello, simplemente hay que “conectarlo” a la parte correspondiente del aparato celular.
La analogía puede continuar. Primero hay que fabricar pilas, y algunas de ellas (recargables), como , se pueden recargar. Cuando las baterías se fabrican en una fábrica, se debe almacenar en ellas una cierta cantidad de energía (y, por tanto, consumirla en la fábrica). La síntesis de ATP también requiere energía; su fuente es la oxidación de sustancias orgánicas durante la respiración. Dado que durante el proceso de oxidación se libera energía para fosforilar el ADP, dicha fosforilación se denomina fosforilación oxidativa. Durante la fotosíntesis, el ATP se produce a partir de energía luminosa. Este proceso se llama fotofosforilación (ver Sección 7.6.2). También hay "fábricas" en la célula que producen la mayor parte del ATP. Éstas son mitocondrias; Contienen “líneas de montaje” químicas en las que se forma ATP en el proceso. respiración aeróbica. Finalmente, las "baterías" descargadas también se recargan en la celda: después de que el ATP, después de liberar la energía contenida en él, se convierte en ADP y Fn, se puede volver a sintetizar rápidamente a partir de ADP y Fn gracias a la energía recibida en el proceso. de la respiración a partir de la oxidación de nuevas porciones de materia orgánica.
cantidad de ATP en una jaula en cualquier lugar este momento muy pequeña. Por lo tanto, en ATF uno debería ver sólo al portador de energía, y no a su depósito. Para el almacenamiento de energía a largo plazo se utilizan sustancias como las grasas o el glucógeno. Las células son muy sensibles a los niveles de ATP. A medida que aumenta el ritmo de su uso, también aumenta el ritmo del proceso respiratorio que mantiene este nivel.
Papel del ATP Como vínculo de conexión entre la respiración celular y los procesos que implican el consumo de energía, se ve en la figura. Este diagrama parece simple, pero ilustra un patrón muy importante.
Por tanto, se puede decir que, en general, la función de la respiración es producir ATP.
Resumamos brevemente lo dicho anteriormente.
1. La síntesis de ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico requiere 30,6 kJ de energía por 1 mol de ATP.
2. El ATP está presente en todas las células vivas y, por tanto, es un portador universal de energía. No se utilizan otros portadores de energía. Esto simplifica las cosas: el aparato celular necesario puede ser más sencillo y funcionar de forma más eficiente y económica.
3. El ATP entrega fácilmente energía a cualquier parte de la célula para cualquier proceso que requiera energía.
4. El ATP libera energía rápidamente. Esto requiere solo una reacción: la hidrólisis.
5. La tasa de producción de ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico (tasa del proceso respiratorio) se ajusta fácilmente según las necesidades.
6. El ATP se sintetiza durante la respiración debido a la energía química liberada durante la oxidación de sustancias orgánicas como la glucosa y durante la fotosíntesis debido a la energía solar. La formación de ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico se denomina reacción de fosforilación. Si la energía para la fosforilación es suministrada por oxidación, entonces hablamos de fosforilación oxidativa (este proceso ocurre durante la respiración), pero si se usa energía luminosa para la fosforilación, entonces el proceso se llama fotofosforilación (esto ocurre durante la fotosíntesis).
